CN111722215A - 障碍物探测预警方法、装置、便携设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请的障碍物探测预警方法、装置、便携设备及存储介质，通过于环境探测装置的探测范围中，在与该环境探测装置不同间距处分别定义各探测矩阵；对应各探测矩阵设置相应的在探测到障碍物时的预警提示；其中，与环境探测装置间距越近的探测矩阵的预警提示紧急程度越高。本申请的技术方案实现根据不同障碍物距离精准预警的目的，提供更精准的雷达探测预警机制。

Description

障碍物探测预警方法、装置、便携设备及存储介质
技术领域
本申请涉及物联网设备技术领域，尤其涉及障碍物探测预警方法、装置、便携设备及存储介质。
背景技术
现有的雷达设备，普遍应用在车、船等交通工具上。目前的雷达设备已采用高精度的毫米波雷达，更能精确测量障碍物。
而且，已有现有技术将毫米波雷达应用在导盲设备上，实现对盲人的精准导盲。但是，现有的雷达设备还是主要在于障碍物的判断，缺少精确的障碍物预警，这对于盲人来讲是不便的。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供障碍物探测预警方法、装置、便携设备及存储介质，解决现有技术的种种问题。
为实现上述目标及其他相关目标，本申请提供一种障碍物探测预警方法，应用于一环境探测装置，所述方法包括：于所述环境探测装置的探测范围中，在与该环境探测装置不同间距处分别定义各探测矩阵；对应各探测矩阵设置相应的在探测到障碍物时的预警提示；其中，与环境探测装置间距越近的探测矩阵的预警提示紧急程度越高。
于一实施例中，每个所述探测矩阵位于一立面中。
于一实施例中，所述紧急程度通过紧急等级表示。
于一实施例中，所述探测矩阵有至少三个，所述紧急等级包括对应的至少三级。
于一实施例中，所述至少三级的紧急等级包括：对应间距从小变大的至少三个探测矩阵的注意、危险及停止。
为实现上述目标及其他相关目标，本申请提供一种环境探测装置，包括：雷达部件，用于探测外部环境；其中，在所述雷达部件配置成其探测范围中与其不同间距处的探测平面中分别定义各探测矩阵；处理部件，耦合于所述雷达部件，用于对应各探测矩阵设置相应的在探测到障碍物时的预警提示；其中，与环境探测装置间距越近的探测矩阵的预警提示紧急程度越高。
于一实施例中，所述雷达部件为毫米波雷达。
为实现上述目标及其他相关目标，本申请提供一种便携设备，包括所述的环境探测装置。
于一实施例中，所述便携设备包括：腰带、眼镜、拐杖、服装、佩饰、及***物中的一或多种组合。
于一实施例中，所述便携设备为导盲设备。
为实现上述目标及其他相关目标，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行的障碍物探测预警方法。
如上所述，本申请的障碍物探测预警方法、装置、便携设备及存储介质，通过于环境探测装置的探测范围中，在与该环境探测装置不同间距处分别定义各探测矩阵；对应各探测矩阵设置相应的在探测到障碍物时的预警提示；其中，与环境探测装置间距越近的探测矩阵的预警提示紧急程度越高。本申请的技术方案实现根据不同障碍物距离精准预警的目的，提供更精准的雷达探测预警机制。
附图说明
图1显示为本申请实施例中关于雷达装置检测障碍物坐标的原理示意图。
图2显示为本申请实施例中对应一个TX信号接收到的一个RX信号的波形示意图。
图3显示为本申请实施例中对应一个TX信号接收到的多个不同物体的RX信号的波形示意图。
图4显示为本申请实施例中雷达装置与障碍物间形成夹角的平面示意图。
图5显示为本申请实施例中雷达装置与障碍物间夹角计算的原理示意图。
图6显示为本申请实施例中检测矩阵形成的结构示意图。
图7显示为本申请实施例中环境探测装置的电路结构示意图。
图8显示为本申请实施例中障碍物探测预警方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的每个项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行每个种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本申请公开的实施例在于提供雷达探测装置相关的改进技术方案，通过设定对应不同距离的障碍物实现不同等级的预警，解决现有技术的问题。
在本申请实施例中，所使用的雷达装置可以是毫米波雷达。毫米波雷达，是工作在毫米波波段(millimeter wave)探测的雷达。通常毫米波是指30～300GHz频域(波长为1～10mm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。
同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。毫米波雷达能分辨识别很小的目标，而且能同时识别多个目标；具有成像能力，体积小、机动性和隐蔽性好的优点。
由于需要实现对应不同距离的障碍物实现不同等级的预警，因此，以下先对雷达检测障碍物的原理进行描述。
如图1所示，展示实施例中关于雷达装置101检测障碍物102坐标的原理示意图。
如图所示，在以竖直方向为Z轴，X、Y轴位于水平面而建立的三维坐标系中，通过雷达装置101检测障碍物102的方位角和距离，来得到障碍物102的三维坐标。
在本实施例中，设所述雷达装置201位于该三维坐标系的原点，L是测得的雷达装置201到障碍物202的距离，设L与Y轴在同一竖直平面内，α是测得的障碍物202的垂直高度，β是水平角度。因此，根据几何计算，设障碍物202坐标(x，y，z)，则能求得z＝Lsinα，y＝Lcosαsinβ，z＝Lcosαscosβ。
请一并参阅图2和图3，用于说明关于检测雷达装置与障碍物距离的原理。
雷达装置具有至少一个发射天线和多个接收天线。
如图2所示，显示实施例中对应一个TX信号接收到的一个RX信号的波形示意图。
其中，接收信号RX相对于发射信号TX的延时，并且标记IF信号(intermediatefrequency，中频抑制信号)仅在TX和RX线性TX和RX信号线性调频脉冲的重叠部分。
通过计算TX和RX信号的延时τ就能得到雷达装置与障碍物的距离d：
τ＝2d/c，c为电磁波传输速度。
进一步的，如图3所示，显示实施例中对应一个TX信号接收到的多个不同物体的RX信号的波形示意图。
每个RX信号的延时t都不相同，延时和与障碍物的距离成正比。不同的RX信号转化为多个单音信号组成的IF信号，每个单音信号频率恒定。图4中下半部包含多个单音信号可以通过傅里叶变换处理，以分离不同的单音。傅里叶变换处理将会产生一个具有不同分离峰值的频谱，每个峰值表示在特定距离处存在物体。
再如图4和图5所示，用于说明关于检测雷达装置401与障碍物405偏差角度的原理。
如图4所示，设所在平面为水平面，则雷达装置401的法线方向和障碍物405间水平方向夹角为θ。
利用水平面估算障碍物405反射的RX信号的水平角度θ。具体的，当雷达装置401和障碍物405的距离变化很小时，就可以采用距离快速傅里叶变换FFT，或多普勒FFT相位峰值的算法，来估算角度θ。
根据图5所示，雷达装置401需要至少一个发射天线402和两个接收天线403、404来完成角度θ的测量。
设第一接收天线403测得其与障碍物405的距离为d，第二接收天线404测得其与障碍物405的距离为d+Δd。
由此，障碍物405与雷达间的水平方向角度θ，可简易地由以下公式计算：
Δp＝2πΔd；
其中，Δp表示第一接收天线403和第二接收天线404所接收RX信号间的相位差；
且由于Δd＝sinθ；代入上式，进行运算得到：
θ＝arcsin(λΔp/2πl)；
其中，l为第一接收天线403和第二接收天线404间的距离。
根据图4及图5的实施例，可以同理推得在竖直平面内进行角度的测量。
根据上述实施例，所述雷达装置401可以包含一天线阵列，其中包含至少一发射天线402和在发射天线402上、下和/或左、右排布的多个接收天线，用于测量雷达装置401与障碍物405间距离及角度。
基于上述雷达检测障碍物的原理，如图6所示，展示本申请一具体实施例中实现障碍物检测的多个探测矩阵的结构示意图。
本实施例中，展示在雷达装置601的探测范围602，利用回波反射的时间(即对应距离)和角度不同，以在与雷达装置601的不同间距位置分别定义成几个虚拟的“探测矩阵”。可选的，每个所述探测矩阵603、604、605位于一立面中。
而每个“探测矩阵”可以预先设置与一预警提示关联，离雷达装置601越近的探测矩阵，其所关联的预警提示的紧急程度越高，所述紧急程度可以通过通过紧急等级表示，而每个紧急等级通过输出参数不同的声、光信号来表示。
对于盲人导盲而言主要是声音信号，可以通过不同的语音信号来表示紧急程度。在一些实施例中，例如，可以按紧急等级由高至低分别输出语音“停止”、“危险”、“注意”等，又或者按紧急等级由高至低分别输出不同频率的鸣叫，等级越高鸣叫频率越高。
在图6中展示了探测范围602，在该探测范围602中取了3个探测矩阵。在本实施中，举例来说，所述雷达的探测范围602是例如竖直70度及水平25度所形成。
另外，雷达装置601可佩戴于用户600的腰间、腿部、腕部等各种身体部位，假设雷达装置601离地面位置为0.8米，离雷达装置601最近的第一探测矩阵603的间距为1.5米，其高度为1.85米，宽度为0.6米；离雷达装置601最远的第三探测矩阵605的间距为3.5米，其高度为3.25米，宽度为1.55米；位于第一探测矩阵603和第三探测矩阵605之间第二矩阵，其间距为2.5米，其高度为2.25米，宽度为1.1米。
需特别说明的是，上述探测范围602及探测矩阵的参数取值只是举例，在实际情况中可以加以变化，例如，所述探测范围602的垂直角度选自65～70或70～75度，水平角度选自20～25度或25～30度；例如，第一探测矩阵603的间距可以在1～1.5米之间，高度在1.8～1.85或1.85～1.9之间，宽度在0.4～0.5、0.5～0.6、0.6～0.7、或0.7～0.8之间；第三探测矩阵605的间距可以在3～3.5米之间，高度在3～3.25、3.25～3.5、3.5～3.75、或3.75～4米之间，宽度在1.4～1.5、1.5～1.55、或1.55～1.6米之间；第二探测矩阵604的间距可以在2～2.5、2.5～3米之间，高度在2～2.1、2.1～2.2、2.25～2.3、或2.3～2.4米之间，宽度在1～1.1或1.1～1.2米之间等，并非以图示实施例为限。
当然，以上范围都为例举，在实际情况中均可以加以变化，并非以此为限。
如图7所示，展示本申请具体实施例中环境探测装置的电路结构示意图。
所述环境探测装置可用于实现前述雷达装置。
在本实施例中，所述环境探测装置包括：射频电路部分、模拟电路部分、姿态传感器及数字电路部分。
在本实施例中，所述射频电路可用于实现前述的雷达装置，其包括：发射天线701、接收天线702、合成器703、及混频器704。
其中，所述发射天线701和接收天线702连接所述混频器704，所述混频器704用于将发射信号及接收信号混频得到IF信号，即中频信号，其波形可例如图3和图4中下半部分所示。
所述合成器703，用于产生线性调频脉冲信号TX后传输给发射天线701作为发射信号。
在本实施例中，所述模拟电路部分包括：滤波器705及模数转换器706(ADC)。
所述混频器704连接所述滤波器705，用于向所述滤波器705输出中频信号。
所述滤波器705连接所述模数转换器706，用于向所述模数转换器706输出滤波后的信号。
所述模数转换器706，用于将所述滤波后的信号转换为数字信号。
在本实施例中，所述数字电路部分可用于实现前述的处理部件，其包括：FFT信号处理电路707和信号处理器708。其中，所述信号处理器708例如为MCU、SOC、FPGA、CPLD、或DSP等。
FFT信号处理电路707，连接所述模数转换器706，用于获取数字信号并进行快速傅里叶变换以提取各频率RX信号的幅值。
信号处理器708，连接所述FFT信号处理电路707，其内部嵌入算法，用于对各探测矩阵在探测到障碍物时，查询并生成与对应探测矩阵预先关联的预警提示。
进一步的，所述信号处理器708可以耦合于扬声器或蜂鸣器，其输出的预警提示可以转换为对应的音频模拟信号，由所述扬声器语音提示或蜂鸣器提示，以进行预警。
需特别说明的是，图7实施例中的电路结构只是一种例示，本领域技术人员可以根据本申请的教示结合现有技术加以改变，并非以本实施例为限。
在一些实施例中，所述环境探测装置可以安装在船、车上，以进行周边环境的检测；优选的，所述环境探测装置也可以是小巧便携的，集成在便携设备上，供例如盲人穿戴或携带。
举例来说，所述便携设备可以是腰带、眼镜、拐杖、服装、佩饰、及***物中的一或多种组合。具体来讲，所述便携设备为腰带时，可以检测到盲人大部分的身体动作，例如下蹲，倾斜等；因此，本申请的环境探测装置优选设置在导盲用途的腰带上。
在一些实施例中，可选的，所述环境检测装置还可以集成有姿态传感器，耦合于所述信号处理器708；所述姿态传感器用于检测例如盲人的运动姿态信号，并传递给所述信号处理器708，所述信号处理器708可根据该运动姿态信号来调节天线的波束方向。
可选的，所述姿态传感器可以包含三轴陀螺仪、三轴加速度计(即IMU)、及三轴电子罗盘等辅助运动传感器中的一种或多种组合，通过内嵌的低功耗ARM处理器输出校准过的角速度、加速度、及磁信号等中的一种或多种。
如图8所示，展示本申请实施例中的障碍物探测预警方法的流程示意图。
所述方法可以实现于例如图7中的信号处理器，通过运行所存储的计算机程序实现。其具体实现的技术细节在前述实施例中已叙述，此处不作重复赘述。
所述方法包括：
步骤S801：于所述环境探测装置的探测范围中，在与该环境探测装置不同间距处分别定义各探测矩阵。
步骤S802：对应各探测矩阵设置相应的在探测到障碍物时的预警提示；其中，与环境探测装置间距越近的探测矩阵的预警提示紧急程度越高。
可以理解的是，在其中某个探测矩阵探测到障碍物时，即可查询对应预警提示并据以进行预警提示动作，例如扬声器语音提示或蜂鸣器提示等。
于一实施例中，每个所述探测矩阵位于一立面中。
于一实施例中，所述紧急程度通过紧急等级表示。
于一实施例中，所述探测矩阵有至少三个，所述紧急等级包括对应的至少三级。
于一实施例中，所述至少三级的紧急等级包括：对应间距从小变大的至少三个探测矩阵的注意、危险及停止。
在一些实施例中，若所述便携设备是例如智能眼镜、智能手表、智能腕带等智能设备，具备一定处理能力，且可具有接入WiFi和/或移动通信网络(如2G/3G/4G/5G)的能力，从而能进行网络通信和/或蜂窝电话通信以执行任务，则所述便携设备可以作为一个“家居传感”设备，在人们居家休息或就寝的时候将其脱下放在预定位置，就能测量用户的生命体征。
在一示例中，当用户没有外出时，其可将把所述便携设备放置在室内，通过雷达部件来检测身体随呼吸进行的周期性运动，从而捕捉身体发出的各种体征信号波形，包括心跳、呼吸和身体运动状况。
进一步举例来说，根据雷达信号的数据，可以计算出心跳间隔、呼吸数据等，并能分析出呼吸的间隔和强弱。从而让这一***能够在不同的背景环境下监测不同年龄段的人体特征。
如此，就能为用户提供一种在轻松环境下进行身体体征监测的***。
由于对于年老体弱的人群，使用在身体上安装的传感器进行体征测量会让人感到紧张，而且很麻烦；而通过本发明的该便携设备，采用的本发明的毫米波或厘米波雷达部件，能捕捉身体发出的各种体征信号波形，包括心跳，呼吸和身体运动状况。
举例来说，在用户睡眠场景中，用户可以将该便携设备放在一个与床高度适合，距离适合的位置，调整便携设备的雷达波束方向使其对准床。在使用时，在用户卧床期间，若心跳慢到设定值以下或者停止，或若呼吸弱到设定值以下或者停止，设备即通过所接入的通信网络对外部告警，例如拨打急救电话、报警电话或预先设定的电话号码(如亲戚、监护人等)，或者发送SMS消息，或者通过互联网向预设社交对象发送告警消息(如预设QQ、微信账号，公众号、微博或其它任何社交软件中的账号)；当然，在一些示例中，也可以进行本地告警，例如前述的通过扬声器进行语音告警或通过蜂鸣器进行鸣叫告警等。
另外，前述方法实施例(例如图8的方法实施例)中所涉及的各种计算机程序可以装载在计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM(紧致盘-只读存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。所述计算机可读存储介质可以是未接入计算机设备的产品，也可以是已接入计算机设备使用的部件。
在具体实现上，所述计算机程序为执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。
如上所述，本申请的障碍物探测预警方法、装置、便携设备及存储介质，通过于环境探测装置的探测范围中，在与该环境探测装置不同间距处分别定义各探测矩阵；对应各探测矩阵设置相应的在探测到障碍物时的预警提示；其中，与环境探测装置间距越近的探测矩阵的预警提示紧急程度越高。本申请的技术方案实现根据不同障碍物距离精准预警的目的，提供更精准的雷达探测预警机制。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种障碍物探测预警方法，其特征在于，应用于一环境探测装置，所述方法包括：
于所述环境探测装置的探测范围中，在与该环境探测装置不同间距处分别定义各探测矩阵；
对应各探测矩阵设置相应的在探测到障碍物时的预警提示；其中，与环境探测装置间距越近的探测矩阵的预警提示紧急程度越高。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述探测矩阵位于一立面中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紧急程度通过紧急等级表示。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述探测矩阵有至少三个，所述紧急等级包括对应的至少三级。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少三级的紧急等级包括：对应间距从小变大的至少三个探测矩阵的注意、危险及停止。
6.一种环境探测装置，其特征在于，包括：
雷达部件，用于探测外部环境；其中，在所述雷达部件配置成其探测范围中与其不同间距处的探测平面中分别定义各探测矩阵；
处理部件，耦合于所述雷达部件，用于对应各探测矩阵设置相应的在探测到障碍物时的预警提示；其中，与环境探测装置间距越近的探测矩阵的预警提示紧急程度越高。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述雷达部件为毫米波雷达。
8.一种便携设备，其特征在于，包括如权利要求6或7所述的环境探测装置。
9.根据权利要求8所述的便携设备，其特征在于，所述便携设备包括：腰带、眼镜、拐杖、服装、佩饰、及***物中的一或多种组合。
10.根据权利要求8所述的便携设备，其特征在于，所述便携设备为导盲设备。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如权利要求1至5中任一项所述的方法。
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